LIGAS METÁLICAS

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Introdução a tecnologia dos materiais
Prof. Everaldo Cesar de Castro. Ms.C. Eng
UNIARP – UNIVERSIDADE DO ALTO VALE DO RIO DO PEIXE
CAMPUS CAÇADOR - SC
E-mail: everaldocesar@gmail.com
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Prof. Henrique Cezar Pavanati
Ligas metálicas ferrosas
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Classificação quanto a composição química 
Aço Carbono
Ferro Fundido
Aços baixa liga
Aços alta liga
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Ligas metálicas ferrosas
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Aços x Ferro Fundido
Aços
FoFo’s
Aços Carbono
Aços Liga
Branco
Maleável
Cinzento
Nodular
Ligas Fe+C com %C 
entre 0,008 e 2,11
Ligas Fe+C+Si com %C entre 2,11 e 6,67
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Ligas metálicas ferrosas
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Aços Carbono
Aços Liga
Baixa liga
Alta liga
% Elem Liga < 5%
% Elem Liga > 5%
Baixo
Médio
Alto
0,008 < %C < 0,3
0,3 < %C < 0,5
0,5 < %C < 2,11
Aços
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Características dos Aços 
Densidade 7,8 g/cm3
Temperatura de fusão entre 1250 a 1450oC
Ductilidade, tenacidade, elasticidade, resistência mecânica, resiliência.
Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, forjabilidade
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Limitações dos Aços Carbono
 Não conseguem alcançar LR acima de 700 MPa sem perder tenacidade e ductilidade.
 Pouca profundidade de têmpera.
 Necessidade de velocidade muito alta de resfriamento para obtenção de martensita distorção da peça e formação de trincas.
 Possuem baixa resistência ao impacto em baixa temperatura
 Baixa resistência a corrosão.
 Fácil oxidação em elevadas temperaturas.	
Principais elementos adicionados aos Aços Carbono
Ni, Cr, Mo, Mn, Si e V.
Características dos Aços Carbono 
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Aços Carbono Tratáveis Termicamente
 Aços Baixo Carbono com 0,10 a 0,25% C
Podem ser temperados e revenidos para aumentar a resistência
São cementados ou tratados superficialmente
 Aços Médio Carbono com 0,25 a 0,55% C
São os mais usados
Devido ao teor de C são temperados e revenidos 
 Aços Elevado Carbono com 0,55 a 1,0% C
Apresentam maior LR e menor ductilidade do que os médio C
	
Características dos Aços Carbono 
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AISI – American Iron and Steel Institute
SAE – Society of Automotive Engineers
ASTM – American Society for Testing and Materials
ABNT – Associaçao Brasileira de Normas Técnicas
ABNT 10XX
%C * 100
Ex.: ABNT 1045 – Aço carbono com 0,45%C
Classificação segundo a composição
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Baixo
Médio
Alto
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Perlita – Ferrita (Fe 0,008%C) + Cementita (Fe3C)
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Perlita – Ferrita + Cementita

Austenita com 0,8%C
Ferrita com 0,008%C
Cementita Fe3C
+
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Efeito do Carbono nos aços
Aços com menos de 0,03% C formam pequenos nódulos de perlita. Nesta quantidade elas têm pouco efeito na tenacidade;
A medida que %C cresce a quantidade de perlita aumenta influindo no decréscimo de ductilidade e de tenacidade
O teor crescente de perlita endurece o aço e aumenta sua resistência mecânica;
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A má soldabilidade dos aços com alto %C é devido a formação de carbonetos Fe3C e martensita, ambos frágeis, tendendo a formar fissuras.
Modifica radicalmente a temperabilidade dos aços;
Modifica a usinabilidade devido a resistência a abrasão dos carbonetos Fe3C.
Efeito do Carbono nos aços
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Microestrutura dos aços carbono 
Ferro Puro
Fe + 0,45% C
Fe + 0,8% C
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Aço cementado 
Superfície
Interior
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Características químicas do aço carbono 
Até 1,65% de Mn;
Até 0,25% de Si;
Até 0,04% P;
Até 0,05% S;
Aço carbono é uma liga Fe+C, mas pode conter outros elementos residuais do processo siderúrgico.
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Aplicações dos aços carbono 
São usados quando não existem requisitos de resistência mecânica e resistência à corrosão muito severa.
Quando a temperatura de utilização não é elevada
Geralmente os aços ao carbono necessitam de um revestimento (pintura, galvanização...)
Vantagens:
 Custo relativamente baixo
 Pouca exigência de tratamentos térmicos
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Aplicações dos aços carbono 
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NAVIOS
AUTOMÓVEIS
MOLAS
 Aço “macio” com %C entre 0,18 e 0,23 para facilitar a soldagem
Lataria: 1006, 1008
Suspensão e direção: 1021~1046
Motor: 1046, 1049, 1041 (biela), 1041 (pino do êmbolo), 1040, 1010 (martelo), 1041, 1547 (válv. Admissão)
Transmissão: 1024, 1036, 1045 end. superficialmente
1050, 1070, 1095 temp. e revenidos
Aplicações dos aços carbono 
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AISI 1006/1010
AISI 1020
AISI 1030
Não temperáveis
Fácil Usinagem
Temperáveis
AISI 1112
AISI 1140 (temperável)
AISI 1150 (temperável)
AISI 1040
AISI 1045
AISI 1050
AISI 1060
AISI 1080
AISI 1095
Algumas recomendações na selecção de aços ao carbono
a e b devem ser usados para peças que levarão extensa deformação plástica
d~f devem ser usadas quando peças requerem usinagem
g~j usam-se para endurecimento superficial
k~l são para têmpera total
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Efeito da adição de elementos de liga
 Melhorar as propriedades mecânicas através do aumento da temperabilidade.
 Permite o uso de temperaturas de revenimento mais elevadas mantendo em uso a elevada dureza e boa dutilidade.
 Melhorar as propriedades mecânicas em altas e baixas temperaturas.
 Melhorar a resistência a corrosão e a oxidação em elevadas temperaturas.
 Melhorar propriedades tais como resistência a abrasão e fadiga.	
Aços ligados
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Aços ligados
Aços ao carbono em que são adicionados outros elementos de liga para modificar as propriedades químicas, mecânicas ou tecnológicas.
Aços Baixa liga
Aços Alta liga
A soma dos elementos de liga adicionados não ultrapassa 5%
A soma dos elementos de liga adicionados é maior que 5%
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FORMA COMO SE ECONTRAM 
OS ELEMENTOS DE LIGA
DISSOLVIDOS NA MATRIZ
FORMANDO CARBONETOS
FORMANDO COMPOSTOS INTERMETÁLICOS
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Propriedades dependem do tratamento térmico e % de deformação plástica
Elevada rigidez
Podem atingir elevada resistência e dureza
Material por excelência para construção mecânica
Aços baixa liga
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Efeito dos elementos de liga
Formadores de carbonetos
Ti, Nb, V, Ta, W, Mo, Cr e Mn
Não formadores de carbonetos
Si, Al, Cu, Ni, Co, P e Zr
Formadores de nitretos
Al, Si, Mo, Cr, B, Ti, Nb
Elementos formadores de carbonitreto
Cr, V, Nb, Ti.
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Efeito dos elementos de liga
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Classificação ABNT dos aços carbono e baixa liga
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Aços Alta liga
Aços especiais que necessitam de resistência ao desgaste, corrosão, a temperaturas elevadas ou com alta resistência mecânica.
Nestas situações o emprego de aços-carbono é impraticável.
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Aços Alta liga
Aços Ferramenta
Dureza à temperatura ambiente
Resistência ao desgaste
Temperabilidade
Tenacidade
Resistência Mecânica
Dureza a quente
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Aços Alta liga
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Aços Alta liga
Aços inoxidáveis
Composição - Cr, C, Ni
Características Gerais
resistência a corrosão e oxidação
boas propriedades mecânicas a T elevadas
boa tenacidade - aços austeníticos
dureza e resistência a corrosão - aços martensíticos
Aplicações
indústria química
indústria alimentícia
elevada temperatura (oxidação)
baixa temperatura (tenacidade)
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Fenômeno da Passivação
película estável
impermeável
aderente
alta veloc. formação
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Tipos de Corrosão
corrosão intergranular - sensitização
corrosão sob tensão - meios agressivos (soluções de Cl)
corrosão por pites - meios com solução aquosa de Cl e Br
Sensitização - corrosão intercristalina
diminuição teor de Cr - corrosão intergranular
solução: C em baixos teores < 0,1%
		 uso de elementos de liga - Ti, V, Nb
		 teor de Cr acima de 12% 
		 tratamento térmico - solubilização e resfr. rápido
Aços Alta liga
Aços inoxidáveis
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Classificação ABNT dos aços inoxidáveis
AISI�
Composição (%)�
�
�
C�
Cr�
Ni�
Mo�
Outros�
�
�
Classe Ferrítica�
�
405�
0,08�
13,0�
�
�
0,2 Al�
�
430�
0,12�
17,0�
�
�
�
�
446�
0,20�
20,5�
�
�
�
�
�
Classe Martensítica�
�
403�
0,15�
12,2�
�
�
�
�
410�
0,15�
12,5�
�
�
�
�
416�
0,10�
13,0�
�
�
1,1Mn / 0,15 min S�
�
420�
0,20 a 0,4�
13,0�
�
�
�
�
431�
0,20�
16,0�
1,8�
�
�
�
440�
0,6 a 1,2�
17,5�
0,75�
0,75�
�
�
�
Classe Austenítica�
�
302�
0,15�
17,5�
8,3�
�
�
�
303�
0,15�
17,5�
8,5�
�
0,15 min S�
�
304�
0,08�
18,3�
8,5�
�
�
�
304L�
0,03�
19,0�
10,0�
�
�
�
310�
0,25�
25,0�
20,0�
�
�
�
316�
0,08�
17,0�
12,0�
2,50�
�
�
316L�
0,03�
17,0�
12,0�
2,50�
�
�
�
Endurecíveis por precipitação�
�
17-4 PH�
0,07�
17,0�
4,0�
�
3,4Cu/0,3(Nb+Ta)�
�
17-7 PH�
0,09�
17,0�
7,0�
�
1,0 Al�
�
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Ligas metálicas ferrosas
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Ferro Fundido
 Características
produzidos na forma desejada
ligas ternárias (Fe-Si-C)
são baratos 
obtenção de geometrias complexas
precisão dimensional limitada
variação das propriedades mecânicas
metalurgia complexa
classificação pelas propriedades e microestrutura
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FoFo’s
Branco
Maleável
Cinzento
Nodular
Ligas Fe+C+Si com %C entre 2,11 e 6,67
grafita
grafita
+/- grafita
cementita
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Ferro Fundido
Branco 
Maleável
Nodular
Cinzento 
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BRANCO 
 - solidificação velocidade alta
 - C combinado com o Fe - cementita 
 - frágil - exclente resistência ao desgaste
CINZENTO 
 - solidificação estável (veloc. baixa)
 - C se separa do Fe - grafitiza em plaquetas
 - muito fluente
 - excelente usinabilidade e elevada dureza
 - elevada resistência 
Ferro Fundido
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MALEÁVEL
 - resfria rápido na forma de branco 
 - recoze - grafita se separa da cementita e cresce na forma de nódulos - rosetas
 - diversidade de propriedades mecânicas, 
 dependendo do tratamento de recozimento 
NODULAR
 - C grafitiza na forma de esferas
 - adição de Mg, S e P 
 - é dútil (elevado LE) 
Ferro Fundido
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 I - lamelar
 II - rosetas
III - vermicular
IV - semi-compacta 
V – compacta
VI - esferoidal
Ferro Fundido Cinzento – Tipos de grafita